1.引 言 WSH_A型精密溫度控制儀（以下簡稱：溫控儀）是我們自主研發(fā)的一種以微型計算機(jī)為核心的智能三點溫度控制儀器。溫控儀可以與各種型號的熱電偶配接，實現(xiàn)高精度的溫度檢測與控制。其檢測精度為0.05％，控制精度可達(dá)0.1％，現(xiàn)已成功應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)的溫度控制中。在實際應(yīng)用過程中，用戶往往需要同時觀察多臺溫控儀的運行狀態(tài)并且記錄運行數(shù)據(jù)供分析使用。 本文介紹的精密溫度控制儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在Delphi7.0環(huán)境下實現(xiàn)了多臺溫控儀的監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、溫度曲線繪制、歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢、報表等功能，大大方便了用戶的管理要求，系統(tǒng)采用RS485通信，最多可同時監(jiān)測16臺溫控儀。 2.硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成 2.1溫控儀的硬件結(jié)構(gòu) 溫控儀的硬件結(jié)構(gòu)及通信模塊原理圖如圖1所示： 圖1 溫控儀功能原理圖 在MAX485后加保護(hù)繼電器輸出，繼電器采用系統(tǒng)電源5V供電，系統(tǒng)未上電或異常斷電時斷開通信模塊與網(wǎng)絡(luò)的連接，從而使整個網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定可靠[1]。 2.2系統(tǒng)組成 溫控儀具有光電隔離的RS485通信接口模塊，RS485具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性好等特點，是工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用較多的一種通信方式[4]。輸入給溫控儀的三點溫度模擬量經(jīng)過溫控儀內(nèi)部功能模塊轉(zhuǎn)換后送給上位機(jī)的串口。系統(tǒng)的連接圖如圖2所示： 圖2 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 上位機(jī)和溫控儀的通信方式采用廣播方式[4]。在運行過程中，上位機(jī)處于主動地位，溫控儀被動接收到上位機(jī)發(fā)送的命令后，判斷地址是否和本機(jī)地址相同，進(jìn)而決定是否與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)按照地址號順序讀完所有連接在總線上的溫控儀稱為一個讀周期[1]。 3.通信協(xié)議的制定及通信實現(xiàn) 為了提高上位機(jī)的實時性，應(yīng)盡量減小每個讀周期的通信信息量，制定通信協(xié)議的重點是合理安排讀命令字，使修改頻率高的信息在每個讀周期都進(jìn)行傳輸，而修改頻率低的信息只有在修改后才進(jìn)行傳輸。 3.1設(shè)置命令字 溫控儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要檢測的信息按更新頻率分為： 〔1〕檢測參數(shù)：一套設(shè)備中三個測點的當(dāng)前溫度值，溫控儀當(dāng)前運行段號、段運行時間、運行總時間，環(huán)境溫度和設(shè)定溫度、溫控儀當(dāng)前輸出控制量以及部分開關(guān)量狀態(tài)。這些參數(shù)修改頻率高，應(yīng)在每個讀周期內(nèi)進(jìn)行傳輸。 〔2〕控制參數(shù)：PID控制參數(shù)、溫度修正參數(shù)，采樣時間，溫度報警值，熱電偶類型，以及根據(jù)工藝要求所設(shè)定的20段溫度工藝曲線參數(shù)。這些參數(shù)修改頻率低，在修改后才需要進(jìn)行傳輸。 上位機(jī)和溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù)采用廣播方式，上位機(jī)下傳命令均為6個字節(jié)，其格式為： [#]+[XX]（地址）+[XX]+$0D。 其中：第1字節(jié)為頭字節(jié)，第2、3字節(jié)為溫控儀地址，第4、5字節(jié)表示具體讀取內(nèi)容，如[RE]為讀取當(dāng)前溫度值及控制量參數(shù)；[CT]為讀取控制參數(shù)；[PI]為讀取PID及修正參數(shù)；[LT]為讀取20段溫度工藝曲線參數(shù)。 3.2設(shè)置命令字優(yōu)先級 設(shè)置[RE]為關(guān)鍵命令字，具有高優(yōu)先級，在每個讀周期中讀取各溫控儀的檢測參數(shù)。在溫控儀上傳數(shù)據(jù)中設(shè)置一個狀態(tài)標(biāo)志位[X]，監(jiān)視對應(yīng)的溫控儀有無控制參數(shù)修改，同時用來表示其它命令字的優(yōu)先級。如果用戶修改了溫控儀的控制參數(shù)，則置狀態(tài)標(biāo)志位為1，相應(yīng)讀控制參數(shù)命令字的優(yōu)先級變高，上位機(jī)發(fā)送讀控制參數(shù)命令字，溫控儀接收到上位機(jī)發(fā)送的讀控制參數(shù)命令字并確定上傳數(shù)據(jù)后復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位。 3.3通信過程 本系統(tǒng)在通信協(xié)議中設(shè)置關(guān)鍵命令字，把通信過程中常用的查詢工作方式變?yōu)橹袛喙ぷ鞣绞剑蟠筇岣吡讼到y(tǒng)工作效率，通信過程的流程圖如圖3所示： 圖3 通信流程圖 3.4使用MSComm控件實現(xiàn)串口通信 MSComm控件是Visual Basic中提供的一個串口控件，使用簡單、性能良好，編程時不需要考慮復(fù)雜的API函數(shù)，是串口通信中經(jīng)常使用的控件。 MSComm提供了事件驅(qū)動方式和查詢方式兩種處理通信的方法。通信軟件編寫中，讀命令字的發(fā)送比較簡單，下位機(jī)返回數(shù)據(jù)的接收部分要謹(jǐn)慎處理，要根據(jù)實際情況選擇是用事件驅(qū)動方式還是查詢方式，事件驅(qū)動方式必需保證每次下位機(jī)返回的存放在接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)長度等于RThreshold屬性的設(shè)定值，以便激發(fā)OnComm（ ） 事件,如果下位機(jī)對上位機(jī)發(fā)送的不同命令返回的數(shù)據(jù)長度不同就必須選擇查詢方式接收數(shù)據(jù)[4]。 注意，用查詢方式接收數(shù)據(jù)時，在向輸出緩沖區(qū)發(fā)送完讀命令后，設(shè)置適當(dāng)時間的延時非常重要，一般可以用延時函數(shù)Sleep（ ）延時，并根據(jù)返回數(shù)據(jù)的長度設(shè)置合理的延時時間。 發(fā)送讀命令并延時合適時間后，輸入緩沖區(qū)就會返回對應(yīng)此命令的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否正確的條件有三個：數(shù)據(jù)頭為[#]；數(shù)據(jù)尾為$0D；數(shù)據(jù)長度等于通信協(xié)議規(guī)定的長度。 4.系統(tǒng)功能及軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1系統(tǒng)功能 本系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)中用戶的需求設(shè)計所要實現(xiàn)的功能。 〔1〕 實現(xiàn)對連接在總線上溫控儀的工作狀態(tài)的監(jiān)測，溫控儀的工作狀態(tài)有檢測狀態(tài)、控制狀態(tài)和故障狀態(tài)。 〔2〕 參數(shù)讀?。鹤x取每個溫控儀的檢測參數(shù)和控制參數(shù)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲及實時三點溫度曲線繪制。 〔3〕 實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢并顯示歷史溫度曲線功能。 〔4〕 實現(xiàn)報表及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。 4.2軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)分為三部分：第一部分實現(xiàn)溫控儀數(shù)據(jù)的讀入、處理、傳輸；第二部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類顯示、存儲、曲線繪制；第三部分實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及溫度曲線查詢、報表打印等功能。各部分的重點工作如下： 〔1〕 數(shù)據(jù)讀入：根據(jù)對溫控儀不同數(shù)據(jù)的讀取頻率的不同寫成兩個子過程ReadTemperature（）和ReadPIDQX（），ReadTemperature（）過程發(fā)送關(guān)鍵命令字，讀檢測參數(shù)，ReadPIDQX（）過程用來讀取控制參數(shù)，子過程的形式參數(shù)是溫控儀的地址。ReadTemperature（）子過程核心代碼： procedure ReadTemperature （adress1，adress2：byte）； var send_ReadTOrder：variant；//關(guān)鍵命令字用variant變量存儲 wendu_inputstring：string；//上傳的原始數(shù)據(jù)放在wendu_inputstring字符串里 InputLen，string_dingwei：integer；//數(shù)據(jù)長度和wendu_inputstring定位 Begin send_ReadTOrder：= VarArrayCreate（[0,5], varByte）； send_ ReadTOrder [0]：=$23； send_ ReadTOrder [3]：=$52； send_ ReadTOrder [1]：=adress1； send_ ReadTOrder [4]：=$45； send_ ReadTOrder [2]：=adress2； send_ ReadTOrder [5]：=$0D； if MainForm.MSComm.PortOpen then //如果串口已經(jīng)打開，則發(fā)送讀溫度命令 begin MainForm.mscomm.InBufferCount：=0； //清空輸入緩沖區(qū) MainForm.mscomm.OutBufferCount：=0；//清空輸出緩沖區(qū) MainForm.MSComm.Output:= send_ReadTOrder； //向輸出緩沖區(qū)發(fā)送讀溫度命令 sleep（600）；//適當(dāng)延時 InputLen：=MainForm.MSComm.InBufferCount；//讀入輸入緩沖區(qū)里的返回數(shù)據(jù)長度 wendu_inputstring：=MainForm.MSComm.Input；//直接以ASCII碼形式接收數(shù)據(jù) string_dingwei：=pos（’＊’,wendu_inputstring）；//定位讀入的字符串 state：＝copy（string_dingwei,wendu_inputstring） if（InputLen>＝50）&&（copy（string_dingwei,wendu_inputstring）=’＊’） &&（ copy（string_dingwei+50，wendu_inputstring）=’ ’） then//注意入口條件，尤其是（InputLen>50）條件，50是通信協(xié)議中規(guī)定的返回數(shù)據(jù)的長度 Begin If （state＝＝’1’）then Begin //發(fā)送ReadPIDQX（）并做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理 End else ……//處理數(shù)據(jù)并傳輸 End； end； 〔2〕 數(shù)據(jù)顯示及溫度曲線繪制：數(shù)據(jù)顯示部分使用專業(yè)工業(yè)控件Iocomp，曲線繪制采用Teechartpro6版本，數(shù)據(jù)庫為Access2003。繪制溫度曲線時，首先將溫控儀儲存的20段溫度工藝曲線以紅色畫出來，三點檢測溫度曲線則以藍(lán)、黃、綠三色畫出。注意圖像的縮放、托動等輔助功能不使用Teechart的自帶功能，加兩個Scrollbar控件，用Srollbar的postion屬性控制時間軸（溫度軸）的min屬性實現(xiàn)時間軸（溫度軸）的拖動，溫度和時間軸的步長可以自由設(shè)置，實現(xiàn)曲線在時間軸（溫度軸）上的縮放。系統(tǒng)的主界面如圖4所示： 圖4 系統(tǒng)主界面 〔3〕數(shù)據(jù)存取及歷史數(shù)據(jù)查詢：每個溫控儀的歷史數(shù)據(jù)記錄按其運行時間查詢，同時畫出運行時的20段溫度工藝曲線和三點的歷史溫度曲線。每次系統(tǒng)運行時，用getlocaltime（）函數(shù)取系統(tǒng)當(dāng)前時間，格式為xxYxxMxxDxxHxxM作為數(shù)據(jù)庫的表名，此次運行記錄的數(shù)據(jù)都存在這個表里，這樣非常方便用戶的查詢，選擇儀表地址，就會在Listbox里顯示此儀表的所有歷史數(shù)據(jù)記錄，選擇要查詢的表名顯示記錄的數(shù)據(jù)，同時將歷史曲線畫出，報表用Rave5制作[3]，歷史數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)出到Excel中編輯打印[2]。 5.結(jié)束語 本文所研制的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合WSH_A型精密溫度控制儀已經(jīng)應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的溫度控制中。在通信協(xié)議中設(shè)置關(guān)鍵命令字，把通信過程中通常使用的查詢工作方式變?yōu)橹袛喙ぷ鞣绞?，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實時性強(qiáng)。Teechart，Iocomp等第三方控件的靈活運用使界面顯示曲線繪制更加專業(yè)，滿足了用戶需求，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 6.參考文獻(xiàn) [1] 王媛婷，楊耿杰，郭謀發(fā). 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